汽车应用中触摸屏界面的使用越来越多，导致视觉信息过载，这对安全有重大影响。触觉反馈技术被视为一种改善用户体验和最大限度地减少与触摸屏交互时的认知压力的方法。
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hap2U 的触觉技术最近被 Vibra Nova 收购，该技术依赖于压电执行器产生的超声波传播。执行器产生的振动降低了用户手指与触觉显示器玻璃表面之间的摩擦系数。
这种现象称为主动润滑。超声波振动减少了指尖的接触面积，从而降低了指尖的摩擦系数。[1][2]
由于人体对摩擦变化非常敏感，因此可以通过激活和停用超声波振动来控制与板表面的接触，从而实现摩擦调节，从而实现引人注目的触觉。
如图1所示，利用显示器的整体共振来优化系统的激励并简化指令。
在这种情况下，采用激光多普勒测振法来评估机械系统性能，因为它能够测量板表面的振动幅度。
对于汽车应用，必须在要求显示器可靠工作的整个温度范围内（-40 至 85°C）表征超声波的传播。
图 1. hap2U/Vibra Nova 超声波触觉原理示意图。
材料特性
无论温度如何，超声波传播系统的声学特性对于均匀一致的触觉至关重要。
目前使用的显示器是多层机械系统，这些层中存在许多塑料和粘合剂化合物，其机械性能随温度而变化。
由于 hap2U/Vibra Nova 在超声波频率范围内运行，因此在文献中很少找到有关此类材料特性的数据。因此，hap2U/Vibra Nova已经开发出在各种超声波频率和不同温度下表征系统所需的知识。
图 2.热特性设置示例：显示器暴露在气候室内的高温下。通过有机玻璃壁进行激光振动测量。
为此，系统在气候室中经受各种温度。图 2 描绘了一个仅用于高温测量的基本示例。还进行了低温和高温的商业气候室测试。
Polytec 3D 扫描振动计可测量整个显示器表面产生的振动。Polytec Laser 可以监测亚纳米范围内的微小振动，甚至可透过玻璃或有机玻璃墙进行监测（图 2）。
图 3.在 LCD 中测量的振动场平面外分量的振幅。
图中的比例已标准化为峰值。单轴弯曲驻波模式清晰可见。
压电元件的激活会引起超声波振动，从而导致显示屏中产生弯曲波。系统对此激励的响应受到监控，以获得振动图，如图 3 所示。
图 3 的振动图与具有良好声学特性的显示器相关，从而可以最佳地利用触觉技术。在不同温度下评估显示器的声学特性，以确定系统行为是否适合波传播。
需要考虑的最重要的参数之一是显示器的阻尼，它以衰减系数来表示。
为了确定该衰减系数，显示器表面的压电元件会产生一个脉冲，然后使用整个样品表面的激光振动计检测由此产生的位移。
衰减系数表示振动幅度随距离减小的情况。其值越高，距离震源越远，振动幅度的损失越大。
图 4. 25 °C 和 85 °C 温度下两种不同显示器的阻尼变化。
图 4 描绘了在室温和 85 °C 下测量的两种不同类型的显示器。显示器 n°1（蓝色曲线）在室温下比显示器 n°2（红色曲线）具有更大的阻尼，并且在较高温度下会增加到更高的值（虚线蓝色曲线）。
此外，阻尼取决于激励频率。在 85 °C 时记录的最大阻尼为 50 - 60 kHz。另一方面，显示 n°2 显示室温下阻尼减小，其值随温度恒定，随激励频率变化很小。
考虑到这两个系统的特性，显示器 n°2 在汽车应用中提供了最佳的触觉兼容性能。
扫描激光测振法是一种有效的方法，可以表征触觉显示器在温度和频率范围内的声学和阻尼特性。这对于开发在宽温度范围内表现出色的显示器至关重要，以满足汽车规格的要求。
参考
信息源于：azom
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原文始发于微信公众号（21dB声学人）：优化车辆触摸屏交互性：超声波触觉技术的作用
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